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工程塑料及其加工工艺 2020 1 7 1 本章主要内容 第一节常用工程塑料及其性质第二节工程塑料的成型技术与工艺第三节表面处理与装饰技术 2020 1 7 2 第一节常用工程塑料及其性质 2020 1 7 3 高分子材料 塑料属高分子材料 高分子材料又称高分子化合物或高分子聚合物 高聚物 是以高分子化合物为主要成份的有机材料 高分子材料分两类 天然高分子材料蚕丝 羊毛 纤维素 油脂 天然橡胶 淀粉 蛋白质等人工合成高分子材料塑料 合成橡胶 合成纤维 胶粘剂 涂料等工程上使用的主要是人工合成的高分子材料 2020 1 7 4 高分子化合物 是指相对分子质量很大的化合物 5000以上乃至几百万 低分子化合物 相对分子质量在500以下 在这个数量之间的根据其性能来确定 高分子材料 2020 1 7 5 一般性能 高分子化合物一般有较好的弹性 塑性和强度 低分子化合物这些性能较低 所以 高分子化合物是相对分子量大到使其机械性能具有工程意义的化合物 高分子材料 2020 1 7 6 几个概念 单体高分子化合物由低分子化合物体通过聚核反应获得 组成高分子化合物的低分子化合物称作单体 链节大分子链由许多结构相同的基本单元重复连接构成 组成大分子链的这种结构单元称作链节 高分子材料 2020 1 7 7 高分子材料 2020 1 7 8 高分子材料 2020 1 7 9 一种或几种单体相互加成而链结成聚合物的反应 应用80 以上 例 聚乙烯的反应方程式 聚合反应 加 成 聚合反应 2020 1 7 10 一种或几种单体相互混合而连结成聚合物 同时析出 缩去 某种低分子物质 如 水 氨 醇 卤化氢等 的反应 反应生成物成份与单体不同 反应较复杂 少用 缩 合 聚 合 反应 2020 1 7 11 化学组成组成大分子链的化学元素主要是碳 氢 氧 另外还有氮 氯 氟 硼 硅 硫等元素 其中碳是形成大分子链的主要元素 大分子链的原子以共价键结合 其组成元素不同 原子间共价键力就不同 高分子材料的性能亦不同 大分子链的化学组成 形态和聚合态 2020 1 7 12 形态 分子链的形态对聚合物性能有显著影响 大分子链可呈现不同的几何形状 主要有线型 支化型 和体型 或网型 三类 大分子链的化学组成 形态和聚集态 2020 1 7 13 2020 1 7 14 高分子材料的聚合态 晶态部分结晶态非晶态 玻璃态 大分子链的化学组成 形态和聚合态 2020 1 7 15 高分子材料的性能 机械性能 高聚物的物理 力学状态线性非晶态高聚物的三种力学状态 线性非晶态高聚物在不同温度下表现出三种物理状态 即玻璃态 高弹态和粘流态 2020 1 7 16 塑料概念以天然树脂或合成树脂 也称合成高分子化合物 因外观似天然树脂如琥珀 松香 虫胶等而得名 为原料 在一定温度和压力条件下 可以用模具使其成型为具有一定形状和尺寸的塑料制件 当外力解除后 在常温下其形状保持不变 多数以合成树脂为基本成分 一般含有添加剂如 填料 稳定剂 增塑剂 色料或润化剂等 塑料的特点比重小 比强度大 耐腐蚀 耐磨 绝缘 减磨 消声 减震 易成型 易复合等优良的综合性能 易老化耐热性差刚性差尺寸稳定性差 2020 1 7 17 塑料生产 树脂或半制品生产 塑料制品的生产 塑料成型工业or加工工业 塑料工业 2020 1 7 18 塑料制品的简单生产流程 塑料制品生产系统组成成型 机械加工 修饰三个过程组成 原料 树脂 塑料生产 塑料制品 塑料 塑料制品生产 2020 1 7 19 1合成树脂 高聚物 是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的高分子化合物 如酚醛树脂 聚乙烯等 是塑料的主要组成 也起粘接剂作用 合成树脂在塑料中的含量约占40 100 对塑料的性能起决定性作用 塑料的组成 2020 1 7 20 2 添加剂为改善性能而加入的其他组分 主要有以下几种 1 填料或增强材料填料在塑料中主要起增强作用 有时也可改善或提高塑料的某些特殊性能 以扩大其应用范围 填料的用量可达20 50 是塑料改性最重要的组成 例如 加入石墨 石棉纤维或玻璃纤维等 可以改善塑料的机械性能 加人石棉粉可提高塑料的耐热性 加入云母粉可提高塑料的电绝缘性 加入二硫化钼等可提高塑料的自润滑性 加入铝粉可提高塑料对光的反射能力等 塑料的组成 2020 1 7 21 2 添加剂 2 固化剂它的作用在于通过交联使树脂具有体型网状结构 成为较坚硬和稳定的塑料制品 例如 在酚醛树脂中加入六亚甲基四胺 在环氧树脂中加入乙二氨 顺丁烯二酸酐等 塑料的组成 2020 1 7 22 2 添加剂 3 增塑剂用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂 常用的为液态或低熔点的固体有机化合物 例如 聚氯乙烯树脂中加入邻苯二甲酸二丁酯 可变为橡胶一样的软塑料 塑料的组成 2020 1 7 23 2 添加剂 4 稳定剂为了防止受热 光等的作用使塑料过早老化 加入少量能起稳定化作用的物质 例如 能抗氧的物质有酚类和胺类等有机物 炭黑则可作紫外线吸收剂 其他一些添加剂 如润滑剂 着色剂 阻燃剂 抗静电剂和发泡剂等 塑料的组成 2020 1 7 24 塑料的特性 塑料能自由成型并易加工 虽然塑料制品的性能 根据其种类 成型条件及使用环境等变化较大 但与其它材料相比较 塑料具有良好的综合特性 1多数塑料制品有透明性 并富有光泽 能着鲜艳色彩 2020 1 7 25 2质轻 耐振动与冲击 比强度高 按单位质量计算的强度 塑料比金属轻 一般塑料比重在0 9 2 3之间 各种泡沫塑料的比重在0 01 0 5之间 强度较高 有些增强塑料的比强度接近甚至超过钢材 例如合金钢材 其单位质量的拉伸强度为160兆帕 而用玻璃纤维增强的塑料可达到170 400兆帕 大多数塑料具有优良的减摩 耐磨和自润滑特性 如工程塑料制造的耐摩擦零件 在耐磨塑料中加入某些固体润滑剂和填料时 可降低其摩擦系数或进一步提高其耐磨性能 减震消音 具有柔韧性和弹性 塑料的特性 2020 1 7 26 3塑料电绝缘性 热物理性能好 几乎所有塑料都具有优异的电绝缘性能 如极小的介电损耗和优良的耐电弧特性 可与陶瓷媲美导热率极小 只有金属的1 600 1 200 泡沫塑料的导热率与静态空气相当 因此被广泛用作绝热保温材料或建筑节能 冷藏等绝热装置材料 塑料的特性 2020 1 7 27 4优良的化学稳定性能一般塑料对酸碱等化学药品均有良好的耐腐蚀能力特别的如 聚四氟乙烯的耐化学腐蚀性能比黄金还要好 甚至能耐 王水 等强腐蚀性电解质的腐蚀 被称为 塑料王 塑料的特性 2020 1 7 28 5塑料成型容易 加工方便 能大批量生产容易进行切削 焊接 表面处理等二次加工 精加工成本低 用塑料制品代替金属制品 可以节约大量金属材料 塑料的特性 2020 1 7 29 塑料与金属及其它工业材料相比较有如下缺点 1塑料不耐高温 低温容易发脆多数塑料虽不易燃烧 但在300 以上发生变形 燃烧时放出有毒气体 由于耐热性较差 使塑料的用途受到限制 塑料的缺点 2020 1 7 30 2塑料制品易变形温度变化时尺寸稳定性较差 成型收缩较大 即使在常温负荷下也容易变形 3塑料有 老化 现象塑料在长时间使用或贮藏过程中 质量会逐渐下降 这是由于受周围环境如氧气 光 热 辐射 它是塑料制品性能的一个严重缺陷 塑料的缺点 2020 1 7 31 塑料的分类 塑料的分类体系比较复杂 各种分类方法也有所交叉 按常规分类主要有以下三种 一是按使用特性分类 二是按理化特性分类 三是按加工方法分类 2020 1 7 32 通常分通用塑料 工程塑料和特种塑料三种 1 通用塑料一般是指原料来源丰富 产量大 应用面广 成型性好 价格便宜的塑料 如聚乙烯 聚丙烯 酚醛等 塑料的分类 1 按使用特性分类 2020 1 7 33 2 工程塑料一般指能承受一定外力作用 具有良好的机械性能和耐高 低温性能 尺寸稳定性较好 可以用作工程结构的塑料 如聚酰胺 聚砜等 分为以下两大类 通用工程塑料 聚酰胺 聚甲醛 聚碳酸酯 改性聚苯醚 热塑性聚酯 超高分子量聚乙烯 甲基戊烯聚合物 乙烯醇共聚物等特种工程塑料 交联型 聚氨基双马来酰胺 聚三嗪 交联聚酰亚胺 耐热环氧树指等 非交联型 聚砜 聚醚砜 聚苯硫醚 聚酰亚胺 聚醚醚酮 PEEK 等具有较高物理机械性能 应用于工程技术领域 塑料的分类 1 按使用特性分类 2020 1 7 34 3 特种塑料一般是指具有特种功能 可用于航空 航天等特殊应用领域的塑料 如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温 自润滑等特殊功用增强塑料和泡沫塑料具有高强度 高缓冲性等特殊性能 塑料的分类 1 按使用特性分类 2020 1 7 35 4 增强塑料在外形上可分为粒状 如钙塑增强塑料 纤维状 如玻璃纤维或玻璃布增强塑料 片状 如云母增强塑料 按材质可分为布基增强塑料 如碎布增强或石棉增强塑料 无机矿物填充塑料 如石英或云母填充塑料 纤维增强塑料 如碳纤维增强塑料 塑料的分类 1 按使用特性分类 2020 1 7 36 5 泡沫塑料可分为硬质 半硬质和软质泡沫塑料三种 硬质泡沫塑料没有柔韧性 压缩硬度很大 只有达到一定应力值才产生变形 应力解除后不能恢复原状 软质泡沫塑料富有柔韧性 压缩硬度很小 很容易变形 应力解除后能恢复原状 残余变形较小 半硬质泡沫塑料的柔韧性和其他性能介于硬质他软质泡沫塑料之间 塑料的分类 1 按使用特性分类 2020 1 7 37 1 热固性塑料指在受热或其他条件下能固化或具有不溶 熔 特性的塑料 如酚醛塑料 环氧塑料等 又分两种 甲醛交联型 包括酚醛塑料 氨基塑料 如脲 甲醛 三聚氰胺 甲醛 其他交联型 包括不饱和聚酯 环氧树脂 邻苯二甲二烯丙酯树脂等2 热塑料性塑料指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料 如聚乙烯 聚四氟乙烯等又分烃类 含极性基因的乙烯基类 工程类 纤维素类等多种类型 塑料的分类 2 按按理化特性分类 2020 1 7 38 热固性塑料和热塑料性塑料的温度依赖性 2020 1 7 39 根据不同成型方法 分膜压 层压 注射 挤出 吹塑 浇铸塑料和反应注射塑料等膜压塑料多为物性和加工性能与一般热固性塑料相类似的塑料 层压塑料指浸有树脂的纤维织物 经叠合 热压而结合成为整体的材料 注射 挤出和吹塑多为物性和加工性能与一般热塑性塑料相类似的塑料 浇铸塑料是指能在无压或稍加压力的情况下 倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料 如MC尼龙等 反应注射塑料是用液态原材料 加压注入膜腔内 使其反应固化成一定形状制品的塑料 如聚氨酯等 塑料的分类 3 按加工方法分类 2020 1 7 40 塑料的分类 4 其他分类方法 2020 1 7 41 常用塑料及其应用 热塑性塑料五大品种 PE PVC PS PP ABS氟塑料高分子复合材料 玻璃钢 碳纤维增强塑料 2020 1 7 42 1 聚乙烯 PE塑料 由乙烯聚合而成 分子式 CH2 CH2 n其原料充足 产量一直是世界塑料产量的首位 在我国具第二位 仅次于PVC塑料 属易加工塑料分类 第一类 PE HD对于密度为0 91 0 925g cm3 为第一类型PE HD 对于密度为0 926 0 94g cm3 为第二类型PE HD 对于密度为0 94 0 965g cm3 为第三类型PE HD 第二类 PE LD特点 在所有塑料中密度较低 2020 1 7 43 PE HD是高结晶材料 高结晶度导致了它的高密度 抗张力强度 高扭曲温度 粘性以及化学稳定性PE HD比PE LD抗渗透性强 但抗冲击强度较低PH HD的特性主要由密度和分子量分布所控制PE LD是半结晶材料 成型后收缩率较高 在1 5 到4 之间 分子量越高 PH LD的流动特性越差 但是有更好的抗冲击强度 1 聚乙烯 PE塑料 2020 1 7 44 性能 由于其在密度 结晶度 分子量方面的差异其性能差异是较大的 一般 低密度聚乙烯的机械性能较高密度聚乙烯稍差 制品较高密度聚乙烯软 无毒 电绝缘性能 耐化学腐蚀性能 耐低温性能和流动性能优良 柔顺性 热塑性 弹性 透气性好 透水性差 1 聚乙烯 PE塑料 2020 1 7 45 性状 白色或浅白色腊状半透明固体 薄膜状聚乙烯几乎透明 常用方面 薄膜线型低密度聚乙烯地膜覆盖用薄膜 应用最多 农用大棚薄膜 包装用薄膜 果品保鲜用薄膜 防化膜 其他吹塑超薄薄膜等 1 聚乙烯 PE塑料 2020 1 7 46 常用方面 管材线性低密度聚乙烯软管用于电线 电缆绝缘护管 套 管可用于煤气管 自来水上下水管 农用暗管 60 以下耐蚀性输液管道等 塑料容器高密度聚乙烯可制作中空容器如周转箱 瓦楞箱 桶 瓶 大型储槽等机械零件超高分子量聚乙烯具有良好的耐磨性 用于各种机械零部件做不粘 耐磨 低噪音的润滑部件 如密封圈 轴承 低载的齿轮 人体关节等 用火焰法或静电法喷覆于金属表面 已提高耐磨性及耐腐蚀性 如家电外壳 1 聚乙烯 PE塑料 2020 1 7 47 常用方面 日用品皂合 常用着色剂 荧光黄 透明红 荧光绿 塑料袋 药品瓶 油桶 餐具 玩具 花 日用杂品等 其他板材 即出版材 片材 人造革单丝泡沫塑料及其制品 1 聚乙烯 PE塑料 2020 1 7 48 2020 1 7 49 2020 1 7 50 2 聚丙烯 PP 属易加工塑料 分子式 2020 1 7 51 特点 由于分子链上挂有侧基CH3 不利于分子排列的规整度和柔性 使刚性增大 相对密度在塑料里最小 仅为0 90 0 91 cm3 时塑料中最轻的塑料 性状 制品表面低透明度 低光泽度 透明好于聚乙烯 易着色 2 聚丙烯 PP 2020 1 7 52 性能 机械性能 强度 硬度 和弹性等 均高于聚乙烯 拉伸强度为32 40兆帕弯曲强度为40 55兆帕抗弯折能力强 抗冲击强度高PP的强度随着乙烯含量的增加而增大 由于结晶度较高 这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好 不存在环境应力开裂问题 通常采用加入玻璃纤维 金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性 耐高温 100 以下可长期工作 低温性能稍差优良的电绝缘性和耐腐蚀性能在常温下耐酸 碱腐蚀冲击韧性差 抗老化差 透气性比PE大 2 聚丙烯 PP 2020 1 7 53 常用方面 工农业喷灌管 化工管道 板材 电缆包覆和护套 打包带 包装袋 瓦楞板等机械零件法兰 齿轮 手把 接头 汽车水 油箱壳体 电视机壳体等日用品水杯 食具 玩具 饮料 药品容器 包装薄膜如玻璃纸透明 纺织品丙纶纤维 无纺布等 另外聚丙烯改性后 大大扩展了其用途 可做成仿木材 发泡制品可作包装材料使用 2 聚丙烯 PP 2020 1 7 54 用聚丙烯扁片和标准的照明设备设计可自行组装的灯饰 聚丙烯板提供了多种颜色和印刷工艺 从而使这种材料在外形上为日常用品的生产提供了许多无尽的可能性 可用于家具 包装 照明设备 文具 垫 2020 1 7 55 2020 1 7 56 2020 1 7 57 3 聚氯乙烯 PVC 由乙炔气体和氯化氢合成氯乙烯 再聚合而成 是热塑性塑料 分子式 2020 1 7 58 特点 聚氯乙烯的分子链中存在极性氯原子 增大了分子间的作用力 阻碍了单链内旋 减小了分子链间距离 所以刚度 强度和硬度均比聚乙烯高 质硬 耐老化性好 优点 具有轻质 防水 防潮隔热 保温 防潮 阻燃 施工简便等 规格 色彩 图案繁多 极富装饰性 可应用于居室内墙和吊顶的装饰 是塑料类材料中应用最为广泛的装饰材料之一 缺点 怕火 不耐高温 在较热的环境中工作容易变形 3 聚氯乙烯 PVC 2020 1 7 59 性能 硬质聚氯乙烯 薄璃球树脂 加人少量增塑剂 稳定剂和填料获得 具有较高的机械强度和较好的耐蚀性 酸 碱 拉伸强度为40 50兆帕 软质聚氯乙烯 棉花球树脂 增塑剂加入量达30 40 时 制得软质聚氯乙烯 其延伸率高 制品柔软 具有良好的耐蚀性和电绝缘性 拉伸强度在10 20兆帕 3 聚氯乙烯 PVC 2020 1 7 60 性状 白色粉末 密度1 4 常用方面 工农业农用薄膜 透气 透紫外线 雨布耐酸 碱管 绝缘层 电线管 医药卫生器具国防结构零件建材墙板 天花板 目前大量用于饰条 室内门窗 塑钢门窗等 3 聚氯乙烯 PVC 2020 1 7 61 2020 1 7 62 聚乙烯薄膜与聚氯乙烯薄膜的鉴别聚乙烯薄膜无毒 可盛放食物 强度差些 不能受80 以上高温 有一定透气性 不宜长期盛装茶叶 香料等聚氯乙烯薄膜毒性 不宜与食品直接接触 常用于做雨衣 鞋底 床罩 窗帘 桌布 手提包等鉴别方法 1 触摸法手摸起来有润滑感 蜡感 是聚乙烯膜袋 而聚氯乙烯薄膜摸起来有些发粘 2 抖动法用手抖动 声音发脆 质轻易漂浮是聚乙烯薄膜袋 声音低沉为聚氯乙烯薄膜袋 3 燃烧法易燃 火焰呈黄色 燃烧时有石蜡状油滴落 并有蜡烛燃烧时的气体 是聚乙烯薄膜袋 不易燃烧 离火即灭 火焰呈绿色 为聚氯乙烯薄膜袋 4 浸水法将塑料袋浸入水中 用手按压入水后 能浮出水面的为聚乙烯 沉入水底的为聚氯乙烯 聚乙烯的密度小于水 聚氯乙烯的密度大于水 常温时分别约为0 92g cm3和1 4g cm3 2020 1 7 63 4 聚苯乙烯 PS 聚苯乙烯由苯乙烯单体聚合而成分子结构式 由于侧基上有苯环 分子间移动的阻力增大 结晶度降低 因而具有较大的刚度 是热塑性塑料 2020 1 7 64 特点 无色 无味 无毒 无嗅 具有光泽的透明固体 相对密度为1 04 1 09 刚度和表面硬度较大 尺寸稳定性好 着色容易 4 聚苯乙烯 PS 2020 1 7 65 性能 电绝缘性好 是很好的高频绝缘材料 耐辐射性好 几乎不吸水 具有优良的耐蚀性 酸 碱 但溶于芳香烃 氯代烃 酮类和酯类 缺点是抗冲击性差 易脆裂 耐热性不高 不耐热水 耐油性有限 4 聚苯乙烯 PS 2020 1 7 66 应用方面 用于制作透明或色泽鲜艳的各类制品 如文具 灯具 灯饰 室内外装饰 化妆品装饰 果盘电子工业 仪表设备外壳 车灯罩 光学零件 三棱镜 透镜 另外用悬浮法制成不同密度的泡沫塑料可做隔音包装 隔音 防震 救生材料等 4 聚苯乙烯 PS 2020 1 7 67 2020 1 7 68 2020 1 7 69 2020 1 7 70 5 ABS塑料 是丙烯腈 丁二烯 苯乙烯的共聚物树脂 具有上三种组分的特点属热塑性塑料黑色颜料的ABS制品的耐候性好 在室外暴露两年经太阳和大气侵蚀 其外观和性能都基本不变 2020 1 7 71 特点 改变三种组分的配比 可是塑酯的性能和特点发生很大的变化 以适应不同产品的需要 丙烯腈使聚合物耐油 耐热 耐化学腐蚀 丁二烯使聚合物具有卓越的柔性 韧性的橡胶的特点 苯乙烯使聚合物具有良好的刚性和熔融的加工流动性 5 ABS塑料 2020 1 7 72 性能 ABS树脂具有高的坚韧性 刚性和化学稳定性 并具有耐热性和耐油性 具有突出的力学性能和综合性能 加工温度范围宽 不需额外加助剂等 使其成为极其主要的一类工程塑料 5 ABS塑料 2020 1 7 73 应用方面 电器部件电器外壳 电话机外壳 电视机外壳 笔记本电脑外壳 显示器外壳等 汽车部件台面等用品旅行箱 安全帽等 板材电冰箱内衬 建筑门窗 百叶窗管材ABS管 管件等其它该材料电镀性能良好 可获得金属质感的电器零件外观 奖牌 饰件等 5 ABS塑料 2020 1 7 74 6 氟塑料 是化合物大分子链中含有氟原子的塑料的总称 特点 耐热性和抗化学性能极为优异 自润滑性能优良 具有目前已知材料的最低摩擦系数 具有抗粘防污 耐老化等特性 2020 1 7 75 种类 聚四氟乙烯 PTFE 被称为塑料王 抗化学腐蚀性能此类种之最四氟乙烯 六氟丙烯共聚物 FEP 聚偏二氟乙烯 PVDF 乙烯 四氟乙烯共聚物 ETPE 聚氟乙烯 PVF 聚三氟乙烯 PCTFE 等 6 氟塑料 2020 1 7 76 应用方面 薄膜 管材 棒料 轴承 垫圈 阀门 各种型材及零件等 适用于高温和环境恶劣条件下使用 6 氟塑料 2020 1 7 77 2020 1 7 78 7 高分子复合材料 代表 玻璃钢 玻璃纤维 热固性塑料 碳纤维增强塑料优于上 2020 1 7 79 2020 1 7 80 2020 1 7 81 2020 1 7 82 2020 1 7 83 2020 1 7 84 2020 1 7 85 产品设计时 应根据需求综合比较各种塑料的具体性能指标 查手册 选用合适的塑料材料 2020 1 7 86 小结 第一节常用工程塑料及其性质高分子材料塑料塑料的组成塑料的一般特性塑料的分类热塑性塑料 五大品种 PE PVC PS PP ABS 2020 1 7 87 第三章工程塑料及加工技术 第一节常用工程塑料及其性质第二节工程塑料的成型技术与工艺第三节塑料成型中的常见问题及其解决第四节塑料表面处理与装饰技术 2020 1 7 88 第二节工程塑料的成型技术与工艺 一 塑料的成形工艺性二 固态成型工艺及设备三 液态成型工艺及设备 2020 1 7 89 1 流动性 塑料在一定的温度与压力下填充模腔的能力称为流动性 影响流动性的因素主要有温度 压力 模具及塑料品种 1 温度的影响料温高则流动性增大 但不同的塑料品种 其影响程度差异甚大 2 压力的影响 剪切变稀 现象剪切敏感塑料有 ABS 等塑料 这些塑料在成型加工时 宜使用 低温高压 的技术 3 模具的影响浇注系统形式 尺寸 布置 冷却系统设计 流速阻力等因素都直接影响到熔体在模腔内的实际流动性 一 塑料的成形工艺性 2020 1 7 90 4 塑料品种的影响就热固性塑料而言 如粒度细匀 湿度大 含水分及挥发物多 预热及成型条件适当等均有利于改善流动性 反之则流动性变差 流动性能的表征 热塑性塑料熔融指数 MFI t min HDPE5000SMFI 0 9g 10minHDPE6100mMFI 0 14g 10min A 流动性好 如PS PA PP PE等 B 流动性中等 如改性PS ABS PMMA POM等 C 流动性差 PC PSF F塑料等 2020 1 7 91 2 热固性塑料拉西格流动性 拉西格模具 截面逐渐减小的棱柱体流道 压圆锭 考察塑料在棱柱体流道中的流动长度 第一级 拉西格流动值100 130mm 压制无嵌件 形状简单的一般厚度塑件 第二级 拉西格流动值131 150mm 压制中等复杂程度的塑件 第三级 拉西格流动值151 180mm 压制结构复杂 深型腔 多嵌件的薄壁塑件 或用于传递 压注 成型 2020 1 7 92 2 收缩性影响塑料制件尺寸精度和质量塑料制品自模腔中取出冷却至室温后 其尺寸发生缩小的这种性能称之为收缩性 1 成型收缩形式线尺寸收缩方向性收缩后收缩后处理收缩 2 影响收缩的因素塑料品种的影响塑料制品特性的影响模具的影响成型条件的影响 k塑料 3 10k钢 3 收缩率k的计算 K 平均收缩率 Lm 模腔在室温下单向尺寸 L1 塑料制品在室温下单向尺寸 K 平均收缩率 Lm 模腔在室温下单向尺寸 L1 塑料制品在室温下单向尺寸 2020 1 7 93 3结晶性结晶 指聚合物大分子既是近程有序 又是远程有序地排列现象 塑料 结晶型塑料 非结晶型塑料 无定型塑料 2020 1 7 94 1 结晶熔解需要热量 比非结晶型塑料达到成型温度需要更多的热量 冷凝时 结晶型塑料放出热量多 需要较长的冷却时间 2 不像金属具有单一熔点 而是一个熔程 3 结晶型塑料硬化密度与熔融时密度差别很大 成型收缩大 易发生缩孔 气孔 4 由于分子的定向作用和收缩的方向性 结晶型塑料制品易变形 翘曲 5 冷却速度对结晶型塑料的结晶度影响很大 6 结晶度大的塑料制品的密度 强度 硬度高 刚度 耐磨性好 耐化学性和电性能好 结晶度小的塑料制品柔软性 透明性好 伸长率和冲击韧度较大 结晶型塑料成型特性 2020 1 7 95 4吸湿性与粘水性塑料吸湿性大致可分为两类 一类是具有吸湿和粘附水分倾向的塑料 另一类是既不吸湿也不易粘附水分的塑料 5热敏性和水敏性热敏性塑料是指对热较为敏感 在高温下受热时间较长或进料口截面过小 剪切作用大时 料温增高易发生变色 降聚 分解的倾向 具有这种特性的塑料称之为热敏性塑料 如 等 有的塑料 如聚碳酸脂PC 即使含有少量水分 在高温 高压下也会发生分解或使塑件产生气泡 银纹等缺陷 称此性能称为水敏性 6毒性 刺激性和腐蚀性 等在加工时会分解一些有毒气体 应作好防毒 防腐蚀的准备 2020 1 7 96 二 固态成型工艺及设备 即塑料原料在固态 粉状 下 通过冷加工 压塑成型 或热加工 挤压 注塑 吹塑 制成成品1压塑成型2注塑成型3挤出成型 挤塑成型 4传递成型5真空成型6反应注射成型 2020 1 7 97 1 压塑成型 2020 1 7 98 1压塑成型工艺过程 压塑成型工艺将经过预制的热固性塑料原料or热塑性塑料 直接加入敞开的模具加料室 然后合模 并对模具加热加压 塑料在热和压力的作用下呈现熔融流动状态并充满型腔 然后由于分子发生交联反应逐渐硬化成型 脱模取出制件 然后清理模具并对制件进行后期处理 模压成型过程 加料 合模 排气 交联固化 制品脱模 清理模具等 2020 1 7 99 压塑成型主要工艺参数 成型温度 成型压力和成型时间 一 模压压力使模塑料完全充满型腔所施加的必要压力 Pm的作用 充模 压实物料 克服由气体逸散 小分子物质挥发及物料热膨胀造成的负压 闭模 制件获得模具型腔赋予的形状及尺寸 实际生产中采用的模压压力比计算压力高20 30 2020 1 7 100 二 模压温度Tm模压时规定的模具温度 1 作用 使物料熔融流动充满型腔 提供固化所需热量 2 调节和控制Tm的原则 保证充模固化定型并尽可能缩短模塑周期 3 影响Tm因素一般模压温度越高 模塑周期越短 对于厚壁制品 应适当降低模压温度 以防表面过热 而内部得不到应有的固化 与物料是否预热有关 预热料内外温度均匀 塑料流动性好 模压温度可比不预热的高 其它因素还有如材料的形态 成型物料的固化特征等 应确保各部位物料的温度均匀 一般温差控制在 5 内 2020 1 7 101 2020 1 7 102 压塑设备与模具 2020 1 7 103 无浇注系统 有一段加料室动画 2020 1 7 104 注射成型过程图 注射成型 注射成型工艺过程 柱塞式注射成型 螺杆式注射成型 2020 1 7 105 注射成型工艺条件 温度 料筒温度 加料段压缩段均化段 喷嘴温度 喷嘴 料筒 防止流涎 模具温度低模温 等 高模温 等 2020 1 7 106 压力 注射压力 克服熔体从料筒到模具型腔时的阻力 a a 与塑料品种 注塑机类型 模具结构 精度 模具温度 制件壁厚等有关 保压压力 施加压力对模具型腔继续进行压实的压力 一般是与注射压力一致 塑化压力 背压 指螺杆在预塑物料时 汇集在前端的熔体对螺杆所产生的压力 增大背压有利于排气 压实物料 塑化物料 2020 1 7 107 时间 成型周期 模具动作时间 注射时间 保压时间 冷却时间 一般是在 5 min 有的可以到 min以上 2020 1 7 108 注射成型 注塑机与模具 注塑机 塑化 注射系统合模 锁模系统操作控制系统其它 模温调节系统 安全系统等 作用 2020 1 7 109 卧式 立式 角式 2020 1 7 110 成型零部件浇注系统导向机构脱模机构分型抽芯机构调温系统排气系统连接部分 注塑机与模具 注塑模具结构 动作过程 2020 1 7 111 注射模浇注系统设计浇注系统 指模具中连接喷嘴和型腔的进料通道 浇注系统通常分为普通浇注系统和无流道浇注系统两大类 普通浇注系统一般由四部分组成即主流道 分流道 浇口及冷料井 无流道浇注系统分为热流道和绝热流道 作用 料流的通道 传递压力 适时冻结 a 主流道设计b 冷料井设计c 分流道设计d 浇口设计 成型零部件设计成型零部件是构成模具型腔的零件 它包括凹模 凸模 型芯 各种成型杆和成型环 是塑料模具的主要组成部分 a 凹模凹模用以形成塑料制品的外表面 按其结构不同可分为整体式 整体嵌入式 局部镶嵌式和拼合式等形式 b 凸模和成型杆凸模的结构形式可分为整体式和组合式 2020 1 7 112 导向机构合模导向作用 抽芯机构成型侧向凹凸形状的孔或凸台 侧向分型抽芯机构类型很多 通常按动力来源分为手动 液压 气压 和机动三类 5 顶出机构结构组成 推板 推杆固定板 推杆 拉料杆等 常见的顶出机构有 简单顶出机构或一次顶出机构 二次脱模机构 双脱模机构 顺序脱模机构 螺纹塑料制品脱模装置 2020 1 7 113 注射加工生产录像 2020 1 7 114 3挤出成型 挤出成型又叫挤塑 挤压 挤出模塑 是借助螺杆和柱塞的挤压作用 使塑化均匀的塑料强行通过模口而成为具有恒定截面和连续制品的成型方法 2020 1 7 115 1特点 连续化 效率高 质量稳定 应用范围广 设备简单 投资少 见效快 生产环境卫生 劳动强度低 适于大批量生产 14 2 exe动画 2020 1 7 116 2 适用的树脂材料绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料 如PVC PS ABS PC PE PP PA 丙烯酸树脂 环氧树脂 酚醛树脂及密胺树脂等3 应用塑料薄膜 网材 带包覆层的产品 截面一定 长度连续的管材 板材 片材 棒材 打包带 单丝和异型材等等 还可用于粉末造粒 染色 树脂掺和等 4 几种典型制品的生产线挤出管材和异型材的生产 挤出片材 棒材生产 电缆包覆 挤出吹塑薄膜 挤出中空吹塑 2020 1 7 117 典型管材的生产线 动画 2020 1 7 118 挤出线缆包覆成型 2020 1 7 119 挤出吹塑薄膜成型 动画 2020 1 7 120 挤出中空吹塑成型 动作过程 注射 吹塑动画 2020 1 7 121 挤出成型工艺参数 压力料筒中熔体压力可以达到55MPa 而口模压力一般是小于20MPa温度根据不同的塑料而异 塑化温度一般是在180 250 挤出速率单位时间内挤出机口模挤出的塑料质量 Kg h 或长度 m min 与口模阻力 螺杆与料筒的结构 螺杆转速 加热系统和塑料特性有关 2020 1 7 122 螺杆的结构 2020 1 7 123 4传递成型 传递成型 将塑料原料经过预处理 闭模后将原料加入加料室加热软化 若是下加料室传递成型应先加料 闭模后加热 在柱塞的挤压下通过模具的浇注系统将熔融塑料挤入型腔 塑料在型腔中继续受热 受压而固化成型 然后开模取出制件 并清理型腔 加料室和浇注系统 2020 1 7 124 优点成型周期短 塑件飞边小 易于清理 能成型薄壁多嵌件的复杂塑料制品 塑件的精度和质量比压塑件高 缺点余料造成塑料原料的浪费 模具结构较压塑模结构复杂 制造成本高 成型设备同压塑成型 但压力要大 2020 1 7 125 5真空成型 真空成型 又叫吸塑成型 将热塑性塑料板材 片材固定在模具上 用辐射加热器加热到软化温度 用真空泵 或空压机 抽取板材与模具之间的空气 借助大气压力使坯材吸附在模具表面 冷却后再用压缩空气脱模 成型所需塑件的加工方法 特点生产设备简单 效率高 模具结构简单 能加工大尺寸的薄壁塑件 生产成本低 2020 1 7 126 动作过程 2020 1 7 127 动作过程 2020 1 7 128 真空成形生产各种塑料包装盒 餐具盒 罩类塑件 冰箱内胆等 材料主要是PE PP PVC ABS PC等 2020 1 7 129 6反应注射成型 反应注射成型 把两种发生反应的塑料原料分别加热软化后 由计量系统进入高压混合器混合发生塑化反应 再注射到模具型腔中 它们在型腔中继续发生化学反应 并伴有膨胀 固化的加工工艺 动画 2020 1 7 130 适宜生产EP等热固性塑料 也可以生产PA ABS PET等热塑性塑料 产品 轿车仪表盘 方向盘 飞机和汽车的座椅 椅垫 家具 鞋底 仿大理石浴缸 浴盆等 2020 1 7 131 三 液态成型工艺及设备 高分子液态材料数可流动溶体 可在低压 常温下通过各种方法浇铸成型特点 成型过程施压小 制品内应力小 对模具和机械设备的强度要求较低 因而一次性投资少 对产品尺寸限制小 可生产大 中 小各类精度不高的产品 但批量生产周期长 批量精度和尺寸准确性难以保证 由于该方法属手工作坊式 近年来应用广泛 特别适合新产品的试制 2020 1 7 132 目前高分子材料液态成型方法主要有1静态浇铸2离心浇铸3嵌入浇铸4滚塑旋转成型5搪塑成型6蘸浸涂敷成型7流延铸塑拉片成型 三 液态成型工艺及设备 2020 1 7 133 此类中最简单的一种方法 由借鉴金属浇铸而来 成型工艺 1 静态浇铸 2020 1 7 134 最常用的材料有 聚酰胺 环氧树脂 聚甲基丙烯酸甲酯 有机玻璃 和聚氨酯等 1 模具材料常用材料 铸铁 钢 铝铜合金 硅橡胶 塑料 玻璃 石膏 水泥块等 选用时根据制品的批量大小而定 如环氧树脂制品在小批量时可用石膏模 大批量时用钢模 1 静态浇铸 2020 1 7 135 2 模具结构 外形简单制品的模具只用阴模 配合机械加工方法保证尺寸精度 应用 高光洁玻璃板式模具 用平板玻璃 硅酸盐玻璃 制成 用聚氯乙烯塑料或铝条封边 用于浇铸甲基丙烯酸甲酯板材用环氧塑料浇铸汽车 飞机上的大型承压零件硅胶类柔软性模具经不起大型制品的重压 可用模框 模座 骨架 基体等支撑 2020 1 7 136 3 浇铸方式 常压式浇铸成型 投资少 但有时有气泡 凹陷影响质量 真空式 负压 浇铸成型 采用负压750mmHg以上 制件质量好 小件在真空室中浇铸 大件可直接抽真空浇铸 外力 正压 下浇铸成型 有利于特大制品的浇铸成型 常用来浇铸环氧树脂 不饱和聚酯 聚氨酯 尼龙等材料 如 汽车保险杠则直接抽真空浇铸 2020 1 7 137 2 离心浇铸成型 为了轴套 齿轮 滑轮 转子 垫圈等圆柱形或近似圆柱形的制品外圆部分致密耐磨 用将模具转动的方法将熔融粘度小 热塑性较好的热塑性塑料液体浇铸入模 转数一般在几十 2000转 分 作用 提高充型能力 获得轮廓清晰的制品 2020 1 7 138 成型工艺特点 设备 模具简单 投资小 成型工艺不复杂 不受制件尺寸的限制 能生产不同壁厚的制品 制品不再需辅助机械加工 表面光滑 尺寸精度高 内部无缩孔 无内应力 机械强度比静态浇铸的高 难生产复杂和异型产品 主要浇铸用塑料 聚酰胺 聚乙烯等 2 离心浇铸成型 2020 1 7 139 3 嵌入浇铸 又称封入 或包裹 成型 是将非塑料物件包封在塑料中的一种液态浇铸成型方法 1 应用方面目前应用最多的是用透明塑料 甲基丙烯酸甲酯 尿醛树脂和聚氨酯泡沫等 包封生物 医用标本 商品样本 纪念品 泡沫塑料减震包装等 工业上 借嵌铸封装电器元件及零件 使其与外界隔绝 起到绝缘 防腐 减震等作用 多用环氧树脂塑料 2020 1 7 140 2 浇铸模具对于仅在运输过程中起保护作用的一类制品 其外形一般简单 用过往往扔掉 模具也应尽量简单 可用塑料 石膏 玻璃 铝或铁皮等制成 有时甚至可用纸壳来代替 制品表面要求精致或浇铸粘性较大的塑料时 可用表面光洁度较好的有机玻璃 镀铬抛光的钢模 玻璃模 陶瓷模等 如用简易模具 可通过在模腔内涂硅油 聚乙烯醇 垫放聚乙烯薄膜等方法提高光洁度 3 嵌入浇铸 2020 1 7 141 4 滚塑旋转成型 将定量液状或糊状 现在也可是粉状 的塑料原料加入模具内 对模具加热及纵横向的旋转 滚动 使塑料熔融塑化并借其自重均匀布满模具型腔的浇铸成型工艺 与离心浇铸相似 但转数低 易实现 常用于生产小批量 大型 中空塑料制品 常用于生产玩具 瓶 罐 大中小型各类车 船 仪表壳体 制取其他方法所不能制得的产品 特点 与挤出吹塑成型相比 壁厚均匀 废料少 无内力 不易变形和凹陷 可制成混合夹层的制品 一层一种材料 2020 1 7 142 成型工艺 4 滚塑旋转成型 特点 与挤出吹塑成型相比 壁厚均匀 废料少 无内力 不易变形和凹陷 可制成混合夹层的制品 一层一种材料 2020 1 7 143 5 搪塑成型 又称涂凝模塑 是用糊状树脂液态材料制造空心制品或玩具的一种重要方法 1 成型方法将糊状树脂 塑性溶胶 倾入预先加热的模具中 接近模具的树脂受热而胶凝 然后将没有胶凝的树脂倒出 继续将模具加热 烘熔已胶凝的树脂 冷却后取出制品 2 常用材料聚氯乙烯树脂 外加增塑剂 润滑剂 添充料 色料等 3 特点及用途设备费低 生产速度快 工艺控制简单 但制件壁厚 质量等准确性差 主要生产玩具 且多半是软质玩具 牙型等 4 模具材料较原始的用粘土和油泥或石膏 硬石膏 软石膏 等 用于激光快速成型的光固化树脂模具 目前主要是软材料的成形模 蜡模 环氧树脂模 硅橡胶模 低熔点合金铸造模等 和陶瓷或金属基合成材料硬型腔模 2020 1 7 144 6 蘸浸涂敷成型 又称蘸浸模塑将阳模浸入糊状树脂液中 然后慢慢提出 经热处理和冷却后 从阳模上剥下制品 常生产泵用薄膜 工业手套 玩具等 模具常用铝 黄铜 钢材 玻璃 陶瓷等制成 2020 1 7 145 7 流延铸塑拉片成型 将热塑性塑料或热固性塑料配置成一定粘度的溶液 以一定速度流布在连续回转的不锈钢带上 通过加热融化并固化 冷却后剥下的既是制品薄膜 薄膜宽度决定于钢带宽度 厚度决定于物料的浓度 常用生产原料 三醋酸纤维素 聚乙烯醇 氯乙烯和醋酸乙烯的共聚物等 常用于生产电影胶卷 彩卷 安全玻璃的中间夹层等 2020 1 7 146 第一节常用工程塑料及其性质第二节工程塑料的成型技术与工艺第三节塑料成型中的常见问题及解决第四节塑料表面处理与装饰 第三章工程塑料及加工技术 2020 1 7 147 第三节塑料成型中的常见问题及解决 3 1结构工艺性问题3 2连接方式3 3二次加工 2020 1 7 148 尺寸精度表面粗糙度拔模斜度塑件壁厚加强筋 圆角 孔 螺纹 嵌件支撑面 3 1结构工艺性问题 塑料制品的形状 尺寸大小等对成型工艺和模具结构的适应性称为塑料制品的结构工艺性在进行塑料制品的结构设计时 应保证在使用的条件下 易于成型 2020 1 7 149 1塑件的尺寸精度 1 影响塑件尺寸精度的因素 模具成型零件的制造精度 模具成型零件的使用后的磨损 塑料收缩率的波动 2 设计原则为了降低模具的加工难度和模具制造成本 在满足塑件使用要求的前提下应尽量把塑件尺寸精度设计得低一些 3 方法采用尺寸公差来控制塑件的尺寸精度 目前国内主要依据原第四机械工业部制订的塑件尺寸公差标准SJ1372 1978 2020 1 7 150 塑料制品的尺寸公差数值表 mm 2020 1 7 151 塑件精度分为八个等级其中1 2两级属于精密技术级 只有在特殊要求下使用 对于未注公差尺寸者建议采用标准中的8级精度 对于孔类尺寸可取表中数值冠以 号 对于轴类尺寸可取表中数值冠以 一 号 对于中心距尺寸取表中数值之半再冠以 号 2020 1 7 152 塑件尺寸精度还与塑料品种有关根据各种塑料收缩率的不同 又将各种塑料的公差等级分为高精度 一般精度 低精度三种 现执行的标准是GB14486 1993 该标准规定了热固性和热塑性工程塑料模塑塑件的尺寸公差 2020 1 7 153 精度等级的选用 表中未被列出的塑料 可根据塑件成型后的收缩特性选择精度等级 选择精度等级时 应考虑脱模斜度对尺寸公差的影响 2020 1 7 154 2表面粗糙度塑件表面粗糙度的高低 主要与模具型腔表面的粗糙度有关 注射成型塑件的表面粗糙度通常为R0 02 1 25 m 模腔表壁的表面粗糙度应比塑件的表面粗糙度小1 2级 对内观不重要的塑件 内表面粗糙度可以比外表面粗糙度大1 2级 透明的塑件 内外表面粗糙度应该一样 达到R0 05 0 8 m 2020 1 7 155 3脱模斜度 1 作用由于塑料冷却后产生收缩 会紧紧包在凸模或成型型芯上 或由于粘附作用 塑件紧贴在凹模型腔内 为了便于脱模 防止塑件表面在脱模时划伤 擦毛等 在设计时塑件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度 2020 1 7 156 2 取值原则塑件脱模斜度的大小 与塑件的性质 收缩率 摩擦因数 塑件壁厚和几何形状有关 硬质塑料比软质塑料脱模斜度大 形状较复杂或成型孔较多的塑件取较大的脱模斜度 塑件高度较大 孔较深 则取较小的脱模斜度 壁厚增加 内孔包紧型芯的力大 脱模斜度也应取大些 为了在开模时让塑件留在凹模内或型芯上 而有意将该边斜度减小 2020 1 7 157 常见塑料的脱模斜度 2020 1 7 158 4壁厚 1 作用塑件应有一定的厚度才能满足使用时的强度和刚度要求 而且壁厚在脱摸时还需承受脱摸推力 2 影响及应注意的问题 壁太薄熔料充满型腔时流动阻力大 会出现缺料现象 壁太厚塑料件内部会产生气泡 外部易产生凹陷等缺陷 同时成本增加 壁厚不均匀将造成收缩不一致 导致塑件变形或翘曲 在可能的条件下应使壁厚尽量均匀一致 3 取值范围塑件的壁厚一般为1 4mm 大型塑件的壁可达8mm 2020 1 7 159 热塑性塑料制品的最小壁厚和建议壁厚 mm 热固性塑料制品的壁厚范围 mm 2020 1 7 160 壁厚设计举例 不合理 合理 2020 1 7 161 1 作用 2 设计原则 加强筋的厚度应小于塑件壁厚 并与壁用圆弧过渡 加强筋的形状尺寸如图所示 5加强筋 在不增加壁厚的情况下 加强塑件的强度和刚度 避免塑件变形翘曲合理布置加强筋可以改善充模流动 减少内应力 避免气孔 缩孔和凹陷等缺陷 2020 1 7 162 加强筋端部不应与塑件支承面平齐 而应缩进0 5mm以上 2020 1 7 163 各条加强筋的排列相互错开 以防止收缩不均匀引起制品破裂 2020 1 7 164 6圆角半径圆角半径的大小主要取决于塑件的壁厚 2020 1 7 165 圆角设计举例 不合理 合理 2020 1 7 166 7孔的设计塑件上常见的孔有通孔 盲孔 异形孔 形状复杂的孔 孔与孔之间 孔与壁之间应留有足够的距离 它们的关系如下所示 2020 1 7 167 塑料制件上的固定用孔和其他受力孔周围可设计凸边来加强 2020 1 7 168 盲孔盲孔只能用一端固定的型芯来成型 如果孔径较小深度又很大时 成型时型芯易于弯曲或折断 注射成型或压注成型时 H 4D 压缩成型时 H 2 5D 当孔径较小深度太大时 孔只能用成型后再机械加工的方法获得 2020 1 7 169 异形孔对于斜孔或复杂形状的孔 可参考下图所示的成型方法 2020 1 7 170 8螺纹设计 1 加工方法 塑件上的螺纹可以直接用模具成型 可以在成型后用机械加工获得 对于需要经常装拆和受力较大的螺纹 应采用金属螺纹嵌件 2 要求塑件上的螺纹 一般直径要求不小于2mm 精度不超过IT7级 并选用螺距较大者 细牙螺纹尽量不采用直接成型 而是采用金属螺纹嵌件 2020 1 7 171 为了增加塑件螺纹的强度 防止最外圈螺纹崩裂或变形 其始端和末端均不应突然开始和结束 应有一过渡段 塑料螺纹与金属螺纹的配合长度应不大于螺纹直径的1 5倍 一般配合长度为8 10牙 2020 1 7 1